鄂爾多斯盆地三疊系延長組長10—長8段沉積演化特征

摘要 通過分析鄂爾多斯盆地延長組長10—長8段沉積期地層發(fā)育特征、碎屑充填結(jié)構(gòu)變化、沉積相展布，并結(jié)合巖石學(xué)、元素地球化學(xué)分析，提出受秦嶺造山作用的影響，長10—長8段沉積期為鄂爾多斯盆地強(qiáng)烈沉降成盆期、臺(tái)-盆發(fā)展轉(zhuǎn)換期、氣候環(huán)境轉(zhuǎn)折期：① 明確長10段沉積期發(fā)生了顯著的沉降作用，沉降中心位于盆地西南環(huán)縣—鎮(zhèn)原—正寧一帶，不對(duì)稱性顯著，粗碎屑快速充填，厚度巨大，長9段、長8段沉積期是構(gòu)造平穩(wěn)階段氣候控制為主的沉積，沉積物粒度相對(duì)較細(xì);② 提出長10期沉降作用結(jié)束了晚古生代穩(wěn)定的地臺(tái)性質(zhì)的沉積，開始了內(nèi)陸盆地演化階段，在碎屑沉積物的成熟度、供屑原巖特征等方面均留下了造山帶構(gòu)造活動(dòng)影響下的臺(tái)-盆轉(zhuǎn)化與盆地演化的示蹤信息;③ 長10段沉積期結(jié)束了晚二疊世以來長期的干旱炎熱的氣候，經(jīng)歷了半干旱、半潮濕向溫暖濕潤氣候轉(zhuǎn)變;④ 長10—長8段構(gòu)成了延長組下部沉降-充填旋回，該旋回在沉降中心厚1 000～1 550 m，具有粗碎屑快速充填、顆粒向上變細(xì)的特點(diǎn)。本研究深化了鄂爾多斯盆地形成、演化的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 長10—長8段; 長10沉降作用; 臺(tái)-盆轉(zhuǎn)化; 氣候轉(zhuǎn)折; 鄂爾多斯盆地演化

中圖分類號(hào)：P512.2 "DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-06-012

Evolution characteristics of Ordos Basin in sedimentary period of

Chang 10-Chang 8 member of Yanchang Formation

DENG Xiuqin， PANG Jinlian， SUN Bo

（Exploration and Development Research Institution of Changqing Oilfield Company/

National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil ＆ Gas Fields，Xi’an 710018， China）

Abstract By analyzing the stratigraphic development characteristics， clastic filling structure and sedimentary facies distribution of the Chang 10-Chang 8 sedimentary period of the Yanchang Formation in the Ordos Basin， combined with petrological and geochemical analysis， it is proposed that affected by the Qinling orogeny， Ordos Basin strongly subsided， transformed from platform to basin， and climate shifted sharply at the Chang 10-Chang 8 sedimentary period： ① It is cheared" that significant subsidence occurred during the sedimentary period of the Chang 10， and the subsidence center is located in Huanxian-Zhenyuan-Zhenning area，the southwestern basin， with significant asymmetry rapidly filled by thick coarse clastic. Chang 9 and Chang 8 member are stable deposits dominated by climate in a stable tectonic environment， with relatively fine sediment. ② It is proposed that the Chang 10 subsidence ended the stable platform during the late Paleozoic and began the evolution of inland basin. The platform-basin transformation and basin evolution under the influence of orogenic tectonic activities have left traces in the maturity of clastic sediments and the characteristics of detrital protoliths. ③The sedimentary period of Chang 10 member ended the long-term arid and hot climate since the Late Permian， and began the transition to semi-arid and semi-humid， and to warm and humid climate. ④ The Chang 10-Chang 8 members constitute a subsidence-filling cycle of lower Yanchang Formation， about 1 000～1 550 m thick in the subsidence center. This study furthers the understanding of the formation and evolution of the Ordos Basin.

Keywords Chang 10-Chang 8 member; Chang 10 subsidence; platform-basin transformation; climate shift; evolution of Ordos Basin

中元古代—古生代，鄂爾多斯盆地一直屬于華北克拉通的組成部分，具有穩(wěn)定地臺(tái)的沉積特征，直至進(jìn)入中生代中晚期華北地臺(tái)開始構(gòu)造東西分異，鄂爾多斯盆地獨(dú)立成盆。鄂爾多斯盆地處于古亞洲動(dòng)力體系域、特提斯動(dòng)力體系域、環(huán)太平洋動(dòng)力體系域的結(jié)合部位，不同地質(zhì)歷史階段幾大體系域相互作用，不同構(gòu)造層次在盆地相互疊加，造成盆緣活動(dòng)帶與盆內(nèi)沉積充填復(fù)雜的耦合樣式，也控制了石油、天然氣等能源礦產(chǎn)的成藏與成礦作用、賦存與富集特點(diǎn)及分布特征［1-3］。

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，其中石油資源主要分布在中生界三疊系延長組和侏羅系延安組、富縣組。目前盆地已探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過100億噸，其中90％以上分布于延長組。延長組為低滲透-非常規(guī)含油氣系統(tǒng)，主要的油藏類型有特低滲透、致密油、頁巖油等［4］。由于延長組主要的產(chǎn)油層為長8以上的層系，因此，針對(duì)長8以上層系開展了大量的綜合地質(zhì)研究工作，在沉積相分布與演化、烴源巖展布與生烴潛力分析、儲(chǔ)層特征與評(píng)價(jià)、成藏特征與石油富集規(guī)律等方面取得了豐富的研究成果［1-7］。然而延長組下部層系，尤其是長10段研究薄弱，而且過去盆內(nèi)鉆穿延長組的探井有限，特別是在中南部地區(qū)，打穿延長組的井僅20余口，資料的欠缺與重視程度不足影響了對(duì)延長組下部地層分布、沉積演化的研究。近年來，盆地南部上古生界發(fā)現(xiàn)了多個(gè)氣田，這些探井為研究延長組下部層系提供了豐富的資料。基于這些深井資料，本文系統(tǒng)分析了地層發(fā)育情況、沉積特征，進(jìn)一步深入研究中三疊世造山帶構(gòu)造活動(dòng)在相鄰盆地的沉積響應(yīng)及沉積表現(xiàn)形式。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地周緣被山系包圍，南北向近長方形展布。其北部為陰山山系，南部為秦嶺造山帶，西部為賀蘭山、六盤山，東部為呂梁山系，面積37×104 km2〔見圖1（a）〕。

中晚三疊世延長組沉積期處于印支運(yùn)動(dòng)階段。印支構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在中國大地構(gòu)造發(fā)展史上是一個(gè)重要轉(zhuǎn)折期。晚古生代，中國大陸的形成演化主要受古亞洲、古特提斯動(dòng)力體系聯(lián)合作用的控制，以秦嶺—祁連—昆侖山為界南海北陸的古地理格局分異顯著，現(xiàn)今展示出的構(gòu)造線方向近東西向。印支運(yùn)動(dòng)階段中國大陸進(jìn)入了中特提斯-古太平洋動(dòng)力體系聯(lián)合作用演化階段，受太平洋板塊NNW方向向歐亞板塊俯沖的影響，東部地殼開始活化，形成了華北克拉通東隆西坳的格局，古構(gòu)造線方向開始轉(zhuǎn)變?yōu)镹E—NNE向。印支構(gòu)造階段隨著華北板塊與揚(yáng)子板塊的碰撞拼接，在各板塊邊緣和內(nèi)部都發(fā)生了廣泛的、強(qiáng)烈的褶皺變形、逆掩，地殼疊復(fù)及縮短。中國南北陸地連為一體，全國大部分地區(qū)處于陸地環(huán)境［8-10］。

秦嶺的形成經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)， 是不同構(gòu)造體制發(fā)展演化而形成的復(fù)合型造山帶，其主造山作用板塊構(gòu)造演化階段（Pt3—T2）是華北、揚(yáng)子、秦嶺3個(gè)板塊沿商丹帶、勉略帶兩個(gè)消減帶俯沖碰撞， 經(jīng)歷了漫長復(fù)雜的造山過程。從裂谷構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換為板塊構(gòu)造體制，從擴(kuò)張、俯沖到碰撞，于T2末全面隆升成山［11］。秦嶺造山過程對(duì)其北部相鄰的鄂爾多斯盆地的形成演化及沉積充填結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要的影響。

鄂爾多斯盆地延長組以灰綠色中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色、灰黑色、黑色泥巖、頁巖等巖性組合為主，夾多層凝灰?guī)r薄層、紋層，為溫暖潮濕氣候條件下河流、三角洲、湖泊、重力流沉積。延長組按照沉積旋回可劃分為10段，自上而下為長1—長10段（相應(yīng)的沉積期，后面簡稱為長1—長10期），其中長10—長8段屬于中三疊統(tǒng)，長7—長1段屬于上三疊統(tǒng)〔見圖1（b）〕［12-13］。盆地腹部延長組殘余厚度為500～1 700 m，在盆內(nèi)呈現(xiàn)出北薄南厚的分布特點(diǎn)，其中盆地西南環(huán)縣、鎮(zhèn)原、慶陽、正寧一帶，延長組殘余厚度最大，一般1 500～1 700 m〔見圖1（a）〕。延長組記錄了湖盆完整的水進(jìn)水退過程，從長10期湖盆初始形成，至長7期最大湖泛，之后逐漸萎縮消亡。

2 長10—長8段發(fā)育特征

延長組長10段與下伏的中三疊統(tǒng)紙坊組為平行不整合接觸，長10—長8段為連續(xù)的碎屑巖沉積，沉積物結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低，碎屑顆粒呈現(xiàn)出向上變細(xì)的特征。其中，長10段地層厚度、巖性組合在不同區(qū)域差異較大，長8、長9段地層厚度在全盆地分布穩(wěn)定，但巖性組合存在一定的差異。

2.1 長10段

長10段主要為肉紅色、灰綠色細(xì)-粗粒長石砂巖、長石巖屑砂巖夾灰色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖，砂巖中鉀長石含量相對(duì)較高，且多為沸石膠結(jié)，普遍見麻斑狀結(jié)構(gòu)。盆地東部野外地質(zhì)剖面顯示，長10下部泥巖以灰色、灰黑色為主，局部層段顯示為紫灰色、灰棕色，長10底部以厚層、塊狀的中細(xì)砂巖為主，發(fā)育大型交錯(cuò)層理。盆地西部、南部野外剖面，長10泥巖主要為灰色、深灰色和灰黑色，底部多見礫巖，如平?jīng)龈蕼细G中三疊統(tǒng)上部崆峒山組（相當(dāng)于延長組）發(fā)育厚層褐色、灰褐色中、細(xì)礫巖夾砂巖條帶，厚度2 885.9 m［14］;華亭策底坡剖面，長10下部見三套灰、灰綠色礫巖，礫巖單層厚度由下向上由0.3 m增加到5 m;汭水河剖面長10底部為滯流沉積， 見起伏不大的侵蝕面， 侵蝕面之上為含泥礫的中、粗砂巖;汝箕溝長10底部見21.2 m細(xì)礫巖［15］。盆內(nèi)鉆孔取芯顯示，長10主要為細(xì)-粗砂巖夾泥巖，目前未鉆遇礫巖。

長10段厚度在不同地區(qū)差異較大，總體表現(xiàn)為由北部、東部向南西方向厚度增大，在鄂托克前旗—子洲以北地區(qū)，地層厚度一般小于200 m，環(huán)縣—華池以南地層厚度急劇增大，一般大于500 m，其中環(huán)縣—鎮(zhèn)原—慶陽—正寧一帶為厚度最大的地區(qū)，一般800～1 300 m（見圖2），以疊置的厚層砂巖為主，連井剖面（見圖3）和地震剖面（見圖4）展示了長10段自北東向南西方向楔形增厚的特征。

2.2 長9段

長9段主要為灰綠色、灰色細(xì)-中粒巖屑長石砂巖、長石砂巖與灰色、深灰色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖，中上部見薄層凝灰?guī)r。各區(qū)長9段巖性組合差異較大。西北部巖性粗，靈武石溝驛剖面長9發(fā)育中厚層狀含礫中-粗砂巖、中-粗砂巖，泥質(zhì)不發(fā)育。向東至鹽池地區(qū)，以厚層塊狀中-粗粒巖屑砂巖為主，單層厚度大，常常見20～50 m連續(xù)厚砂巖。西南部靠近物源的華亭汭水河剖面長9段以厚層、塊狀含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖夾泥質(zhì)巖沉積為主，向盆地腹部逐漸過渡為細(xì)-中粒砂巖，泥巖的厚度逐漸增加。盆地東緣、南緣沉積粒度較細(xì)，常常以細(xì)砂巖和泥巖互層沉積為主，局部見厚層的細(xì)-中砂巖（如神木窟野河剖面、清澗秀延河剖面，延長延河剖面）［15］，在志丹—富縣—洛川一帶，長9段發(fā)育多層灰黑色、黑色頁巖，其分布范圍可向東南方向繼續(xù)延伸，泥巖中見豐富的葉肢介、介形蟲等化石，并見魚的鱗片和牙齒，植物化石碎片很少。長9段厚度在盆地腹部分布穩(wěn)定，一般80～100 m（見圖3、4）。

2.3 長8段

長8段巖性組合主要為灰綠色、灰色細(xì)-中粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖與灰色、深灰色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖、泥巖、煤線。不同地區(qū)的砂巖類型存在一定的差異，盆地東北地區(qū)主要為巖屑長石砂巖，其次為長石砂巖、長石巖屑砂巖;西南地區(qū)和西北地區(qū)主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖。在靠近盆地邊緣的地區(qū)沉積物粒度較粗，砂巖厚度大（如靈武石溝驛剖面、平羅汝箕溝剖面、神木窟野河剖面、寧武杜家村剖面等［15］），向盆地腹部志丹、銅川、富縣等地區(qū)，砂體厚度減小，泥巖厚度增加，常常呈互層狀產(chǎn)出。長8段厚度在全盆地范圍內(nèi)分布穩(wěn)定，一般73～85 m（見圖3、4）。

3 長10—長8期沉積相展布

長10—長8段，以溫暖的半干旱、濕潤氣候條件下的三角洲和淡水湖泊沉積為主，不同階段各個(gè)沉積體系三角洲的發(fā)育程度和湖泊水體的范圍均顯示出較大的差異。

3.1 長10期

長10期盆內(nèi)主要發(fā)育沖積平原、三角洲平原和濱淺湖沉積。盆地西南、西部和西北部物源供給充沛，沉積速率快。在環(huán)縣—慶城以西地區(qū)，地層砂／地比一般大于50％，環(huán)縣—鎮(zhèn)原以西地區(qū)砂／地比甚至超過90％。來自西北物源區(qū)的鹽池西三角洲延伸到鹽池—定邊一帶。南部物源區(qū)三角洲規(guī)模相對(duì)較小。東北物源的三角洲砂體可推進(jìn)到志丹—甘泉一帶。此時(shí)統(tǒng)一的湖盆尚未形成，發(fā)育慶城—黃陵、志丹、吳起等多個(gè)小型匯水區(qū)，砂/地比值多小于40％〔見圖5（a）〕，泥巖相對(duì)較發(fā)育，部分地區(qū)在泥巖層面見介形蟲等湖生生物化石和垂直蟲孔，發(fā)育變形層理，基本不含高等植物化石，具有水下沉積的特征。

3.2 長9期

長9期為延長組沉積早期的一次重要湖侵作用，以淺湖和三角洲沉積為主，局部地區(qū)發(fā)育半深湖及深湖亞相，湖泊面積約9×104 km2。在志丹—甘泉—黃龍一帶為半深湖及深湖亞相，沉積了5～15 m厚的富有機(jī)質(zhì)頁巖和暗色泥巖，層面見豐富的介形蟲、葉肢介、魚鱗片等化石，具有深水的特征，代表了長9期的湖盆沉積中心［16-17］。西北、西部和西南三角洲發(fā)育，尤以西北部三角洲規(guī)模最大，單砂體厚，砂/地比一般大于50％，局部地區(qū)甚至達(dá)到60％～90％，砂體分布穩(wěn)定，向東抵達(dá)定邊、吳起一帶。西部三角洲與西南三角洲匯合，向東北方向繼續(xù)延伸至吳起地區(qū)。南部三角洲規(guī)模仍較小，向北僅影響到黃陵一帶。東北三角洲建設(shè)作用相對(duì)較弱，三角洲規(guī)模相對(duì)較小，砂體厚度相對(duì)較薄，該三角洲延伸到志丹—甘泉一帶〔見圖5（b）〕。

3.3 長8期

長8期，湖泊水域?qū)拸V，湖水整體較淺，主要發(fā)育濱淺湖和三角洲。湖底地形較平坦，隨著湖岸線遷移擺動(dòng)，水上、水下沉積交替的濱岸沉積發(fā)育，常見煤線、根土巖、變形層理、垂直蟲孔等，匯水中心位于吳起—志丹—富縣一帶，砂/地比一般小于20％。長8期為重要的三角洲建設(shè)時(shí)期，各個(gè)物源控制下的三角洲均衡發(fā)育，但整體規(guī)模比長10、長9期三角洲規(guī)模小，三角洲推進(jìn)的位置與早期基本一致〔見圖5（c）〕。在長8早期，濱岸帶發(fā)育成排成帶平行湖岸線分布的灘壩沉積。

4 長10—長8期盆地演化特征

三疊紀(jì)鄂爾多斯盆地演化與其南部的秦嶺造山運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。前人圍繞秦嶺造山帶的印支構(gòu)造活動(dòng)特征做了大量的工作，研究成果顯示秦嶺地區(qū)的印支運(yùn)動(dòng)主要與勉略帶碰撞造山有關(guān)。勉略洋于泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)由擴(kuò)張裂谷演化至初始洋盆，自二疊紀(jì)中晚期開始向北俯沖消減，于印支期完成洋-陸俯沖到陸-陸俯沖碰撞造山作用［11，18］。強(qiáng)烈碰撞造山過程中引發(fā)板塊邊緣結(jié)合部及兩側(cè)早期形成的沉積巖系和火山巖系等遭受強(qiáng)烈的變質(zhì)變形、頻發(fā)的巖漿活動(dòng)及顯著的成礦作用，構(gòu)造活動(dòng)具有多期活動(dòng)的特征。中晚三疊世秦嶺造山巖漿活動(dòng)，可劃分兩個(gè)階段（距今235～250 Ma和距今185～235 Ma）［19］。早期花崗質(zhì)巖石以I型為特點(diǎn)，巖石類型主要為石英閃長巖和斜長花崗巖，部分巖石顯示較高的Sr、Y含量比值［20-21］，為勉略洋向北俯沖的產(chǎn)物。晚期花崗巖廣泛發(fā)育于西秦嶺和南秦嶺，在東秦嶺零星出露，以花崗閃長巖、二長花崗巖為主，顯示I、I-A和A型花崗巖的演化特點(diǎn)，并發(fā)育一些具有埃達(dá)克質(zhì)特點(diǎn)的花崗巖體和環(huán)斑結(jié)構(gòu)花崗巖，為同碰撞、后碰撞的產(chǎn)物［21-22］，指示秦嶺已轉(zhuǎn)入伸展拉張的板內(nèi)演化階段。這兩個(gè)階段截然不同的應(yīng)力場對(duì)鄂爾多斯盆地成盆演化具有重要的控制作用。

4.1 長10—長8期沉降及充填演化

過去由于盆內(nèi)打穿長10的探井少，對(duì)長10段的發(fā)育特征主要是根據(jù)有限的鉆井并參考野外剖面地層發(fā)育情況，普遍認(rèn)為長10段北薄南厚，在盆地北部厚度不足百米，南部厚300 m左右。然而近兩年通過500余口古生界為目的層的天然氣探井資料分析揭示，盆地西南沉積了巨厚的長10段，存在一個(gè)沉降帶，該沉降帶不對(duì)稱性顯著（見圖2）。北部鄂托克旗地區(qū)地層厚度小于百米，南部沉降中心地層厚度超過千米，以疊置的厚層砂巖為主。雖然盆地西南部環(huán)縣—鎮(zhèn)原以西、子長—橫山—鄂托克前旗之東北方向都具有高砂地比值的特征，但前者處于沉降中心，地層厚度大，一般為800～1 300 m，而后者遠(yuǎn)離沉降中心，地層厚度僅50～200 m，展示了該期沉降的強(qiáng)烈不對(duì)稱性。與延長組其他層段相比，長10段碎屑粒度較粗，主要為中粗砂巖、中細(xì)砂巖，在靠近物源地區(qū)部分層段含礫石，發(fā)育大型板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、平行層理等。

長9段、長8段沉積期，構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，沉積作用主要受控于氣候環(huán)境，在局部氣候環(huán)境影響下，各個(gè)沉積體系發(fā)育程度、沉積組合、湖盆的范圍與水體深淺等可能存在差異，但是表現(xiàn)為盆地整體變化，長8—長9段厚度分布穩(wěn)定，富含植物化石，與長10段沉積期相比湖盆水體范圍明顯增大，地形平緩，主要發(fā)育濱淺湖和三角洲沉積，局部沼澤化，可見炭質(zhì)泥巖和劣質(zhì)煤線［16］，志丹—宜川一帶長9段局部發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥頁巖［16-17］，反映氣候比長10段沉積期更濕潤。

綜上所述，長10段是構(gòu)造控制的大幅度沉降成盆與充填作用的結(jié)果，碎屑較粗;長9段、長8段是構(gòu)造平穩(wěn)階段氣候控制為主的穩(wěn)定沉積，沉積物粒度相對(duì)較細(xì)。總體上長10—長8期為盆地發(fā)展階段，湖盆范圍不斷擴(kuò)大。之后的長7期，受構(gòu)造影響，盆地再次發(fā)生沉降，形成了深大湖盆，湖盆面積超過10×104 km2，深坳陷內(nèi)充填了深水泥頁巖和重力流砂巖［15］。

4.2 臺(tái)-盆發(fā)展轉(zhuǎn)化

4.2.1 臺(tái)-盆轉(zhuǎn)化特征

鄂爾多斯盆地北部陰山褶皺山系的形成與古亞洲洋演化密切相關(guān)，古亞洲洋的閉合時(shí)代自西向東逐漸變晚，西段早石炭世末期完成洋陸轉(zhuǎn)化，東段洋陸轉(zhuǎn)化發(fā)生在二疊紀(jì)至早三疊世［23-24］。古亞洲洋俯沖關(guān)閉和西伯利亞板塊、 華北板塊的拼接碰撞， 使得盆地北部抬升， 沉積古地形具北高南低的特征， 由此控制了晚古生代沉積體系發(fā)育， 直至中三疊世紙坊組沉積期， 盆內(nèi)構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定， 地形平坦， 坡降非常小， 地層發(fā)育穩(wěn)定。 下二疊統(tǒng)山西組—中三疊統(tǒng)紙坊組沉積地層厚度一般1 100～1 300 m， 具有穩(wěn)定地臺(tái)的沉積特征（見圖6）。

印支構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束了特提斯洋在秦嶺地區(qū)的演化，該構(gòu)造階段特提斯洋的分支洋勉略洋完成了向北俯沖，華北和揚(yáng)子兩大板塊的碰撞。長10期，在勉略洋向北俯沖的擠壓構(gòu)造應(yīng)力影響下，位于俯沖碰撞活動(dòng)帶北側(cè)的華北地臺(tái)巖石圈發(fā)生撓曲，表現(xiàn)為鄂爾多斯地區(qū)西南部劇烈的不均衡的沉降，沉降中心位于環(huán)縣—鎮(zhèn)原—合水一帶。秦嶺造山帶大幅度的隆升，伴隨著強(qiáng)烈的物理風(fēng)化與剝蝕作用，物源區(qū)物質(zhì)供給充足，在鄂爾多斯盆地南部沉降中心快速充填了巨厚的粗碎屑。雖然長10期，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制盆地經(jīng)歷了快速、巨幅的沉降，但在沉降中心和沉積中心均未見到深水沉積，說明碎屑供給充足，快速沉降產(chǎn)生的可容納空間很快被碎屑充填，具有邊沉降邊沉積、補(bǔ)償-過補(bǔ)償沉積特點(diǎn)。

由此可知，二疊紀(jì)—中三疊世早期，現(xiàn)今的鄂爾多斯盆地處于大華北臺(tái)地的西部，為平緩穩(wěn)定的地臺(tái)型沉積，中三疊世晚期開始進(jìn)入了克拉通邊緣大鄂爾多斯盆地演化階段。長10—長8段構(gòu)成了延長組下部的沉降-充填旋回，該旋回在沉降中心厚1 000～1 550 m，具有粗碎屑快速充填、沉積物向上變細(xì)的特點(diǎn)。長7—長1段構(gòu)成延長組上部沉降-充填旋回，具有細(xì)粒物質(zhì)緩慢充填、沉積物向上變粗的特點(diǎn)［25］。

4.2.2 臺(tái)-盆充填物質(zhì)組成及原巖屬性

盆地中充填的沉積物，在一定程度上記錄著相鄰剝蝕區(qū)隆升與剝蝕強(qiáng)弱演化的信息，砂巖碎屑礦物組分變化可以用以追索蝕源區(qū)、再造源區(qū)隆升剝蝕過程、判別源區(qū)構(gòu)造屬性及其演變。

秦嶺基本的地殼的物質(zhì)組成包括：①兩類不同的造山帶基底巖系（晚太古代—早元古代變質(zhì)結(jié)晶雜巖系基底、早中元古代火山-沉積淺變質(zhì)巖系）;②晚元古代—中三疊世廣泛發(fā)育的從裂谷型火山建造演化為兩類古大陸邊緣沉積和裂陷沉積，形成不同類型蛇綠巖與花崗巖;③中新生代陸內(nèi)斷陷和造山帶前后陸盆地沉積及構(gòu)造巖漿活動(dòng)［26］。其中太古代—中三疊世造山過程中形成的復(fù)雜的變質(zhì)巖、巖漿巖和沉積巖系成為鄂爾多斯盆地西南地區(qū)延長組沉積期重要的物源。伴隨著幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，延長組不同層段的碎屑物質(zhì)組成也存在明顯的差異。

從碎屑物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成熟度分析，位于延長組下部的紙坊組碎屑沉積物磨圓度較差，顆粒以次棱角狀為主，少量為次圓狀，分選中-好;長10段碎屑顆粒磨圓度較差，以次棱角狀為主，少量為次圓-次棱角狀，分選中等為主，少量分選差或好;長9、長8段碎屑顆粒磨圓度也較差，顆粒以次棱角狀為主，少量為次棱次圓狀，分選中-好。由此可知紙坊組、長9和長8段顆粒分選、磨圓度均好于長10段。

從碎屑物質(zhì)的成分成熟度分析（見表1），從紙坊組到長7段發(fā)生了兩次成熟度的突變。一是紙坊組與長10段的突變，表現(xiàn)為碎屑物質(zhì)的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度變差，穩(wěn)定組分石英含量明顯減少，碎屑成分成熟度〔石英含量／（長石+巖屑）含量〕從0.59降低到0.41。長10—長8段，碎屑成熟度逐漸增大，成分成熟度由0.41逐漸增大到0.46。第二次突變見于長8與長7段，相比長8段，長7段石英、沉積巖屑含量明顯增大，長石、變質(zhì)巖屑含量明顯降低，碎屑成分成熟度從0.46突然增大至1.07。

Dickinson（1983）根據(jù)10 000多個(gè)已知構(gòu)造背景的現(xiàn)代和古代砂巖統(tǒng)計(jì)分析，編制了包括QFL、QmFLt等的系列碎屑模型與古構(gòu)造關(guān)系圖，制定了系統(tǒng)的碎屑-物源-板塊構(gòu)造三位一體的分類方案［27］，并廣泛應(yīng)用于構(gòu)造與沉積耦合演化分析。

位于盆地西南部的慶陽—正寧地區(qū)三疊系砂巖在QFL，QmFLt 三角圖投影上也呈現(xiàn)了明顯的變化（見圖7）?？梢詣澐譃?個(gè)不同的數(shù)據(jù)群組：①劉家溝組—紙坊組，砂巖的原巖構(gòu)造屬性主要為隆升基底和切割弧;②延長組長10—長8段，碎屑物質(zhì)的原巖屬性為切割弧，少量投影到隆升基底;③長7段以上地層，碎屑的原巖屬性基本上都落在再旋回造山帶區(qū)域，集中在混合再旋回造山帶。

砂巖的碎屑組分變化說明進(jìn)入延長組沉積期，秦嶺地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)具有階段性特征，其中長10期和長7期為構(gòu)造活躍階段，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)使得作為盆地南部物源的地質(zhì)體發(fā)生了重要的變化，進(jìn)一步造成碎屑組分的突變。

4.3 氣候重大轉(zhuǎn)折

4.3.1 碎屑沉積與生物表征

三疊紀(jì)繼承了二疊紀(jì)晚期的炎熱干燥的氣候特點(diǎn)，干旱氣候盛行，一直持續(xù)到中三疊世早期。上二疊統(tǒng)石千峰組—中三疊統(tǒng)紙坊組近千米的沉積物中，細(xì)粒物質(zhì)呈現(xiàn)出棕紅色、棕灰色、灰紫色、紫紅色，代表了一套干旱炎熱氣候條件下的河湖相沉積，植物化石較少，生物屬種單一，僅一些耐旱屬種得以生存。

直至中三疊世晚期，氣候發(fā)生重大變革，向溫濕過渡，長10期正處于炎熱干燥向溫暖潮濕的轉(zhuǎn)變時(shí)期，細(xì)粒沉積物主體顏色為灰色、灰黑色、黑色，局部地區(qū)長10段沉積物中仍可見少量薄層的棕色、紫色泥巖、粉砂巖，該期高等植物化石含量增多;至長9、長8段，常見高等植物、炭化植物莖桿，并發(fā)育煤線，溫暖潮濕氣候環(huán)境下沉積的延長組下部地層，生物變得繁盛，發(fā)育Aunalepis-Tongchuanophyllum植物組合，這一組合已發(fā)現(xiàn)的有 15 屬 30 種;介形蟲組合中，除Darwinula外，還有Shensinella Lutkevichinella，Tungchuanin等屬，屬種多，個(gè)體較豐富，葉肢介組含有Iolygrapta，Lioestheria，Brachysthsria，Eueslheria，Howellites，Aquilonoglypta等6屬16種，等［28］。晚三疊世受全球卡尼期洪水事件（CPE）影響轉(zhuǎn)為潮濕氣候，植被快速復(fù)蘇，蕨類、種子蕨類、松柏類、蘇鐵類繁盛，陸相碎屑巖沉積物顏色主要為灰色、灰綠、灰黑色、黑色等，有些地區(qū)發(fā)育含煤層系、富有機(jī)質(zhì)泥頁巖。

4.3.2 地球化學(xué)表征

物質(zhì)在風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積過程中，元素的遷移、富集、賦存狀態(tài)受氣候、氧化還原條件、搬運(yùn)和沉積水體性質(zhì)等多種因素的影響，并在沉積物中留下痕跡，因此可以通過主量、微量和稀土元素的豐度、分布特征、特定元素的比值等推斷反演地質(zhì)歷史階段古地理、古環(huán)境與古氣候特征。Sr／Ba、Ca／（Ca+Fe）比值常常用于判斷水體的鹽度，通常Sr／Ba比值小于0.6、0.6～1、大于1分別指示淡水、微咸水、咸水環(huán)境［29］;Ca／（Ca+Fe）比值是一個(gè)反映海水鹽度的指標(biāo)，比值越大含鹽度越高［30］。利用微量元素分析氧化還原條件基本原理是基于其對(duì)變價(jià)元素遷移、沉淀的控制作用，氧化條件下U、Mo、V、等呈高價(jià)（U6+、Mo6+、V5+）易遷移，還原條件下呈低價(jià)（U4+、Mo4+、V3+）易沉淀; Fe、Mn、Cu、Eu等氧化條件下呈高價(jià)（Fe3+、Eu3+）易沉淀，還原條件下呈低價(jià)（Fe2+、Eu2+）易遷移;Co和Cr不受氧化還原條件控制［31］，因此這些元素之間的比值關(guān)系被廣泛應(yīng)用于沉積環(huán)境判識(shí)中，Th／U比值越低、V／Cr、V／（V+Ni）等參數(shù)值越高，多指示有機(jī)質(zhì)富集的環(huán)境越還原［32-33］。Mo與U在氧化環(huán)境中溶解于水中，聚集很有限，缺氧條件下聚積于沉積物中。近年的很多研究利用Al標(biāo)準(zhǔn)化的富集系數(shù)來評(píng)估古水體氧化還原條件。Mo與U富集系數(shù)（MoEF＼UEF）的計(jì)算公式為：XEF=（X／Al）樣品／（X／Al）ucc／PAAS，式中X 、Al代表元素Mo或U元素、Al的質(zhì)量濃度，樣品一般用上地殼巖石（UCC）或澳大利亞后太古宙平均頁巖（PAAS）來標(biāo)準(zhǔn)化。Cu、Sr分別容易富集于潮濕、干旱條件下的化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物中，Sr／Cu比值越大，氣候越干旱［34-35］。在干旱的古氣候條件下蒸發(fā)更強(qiáng)烈、礦化度與堿性增強(qiáng)導(dǎo)致Ca、Mg、K、Na、Sr、Ba等元素析出并富集，從而使C值減小〔C值=Σ（Fe+Mn+Cr+Ni+V+Co）／Σ（Ca+Mg+Sr+Ba+K+Na）〕［35］。當(dāng)沉積物具有較低的沉積速率時(shí)，黏土與稀土元素接觸時(shí)間延長，這將導(dǎo)致REE（稀土元素）的總量增高，因此這些元素可以用來分析湖盆水體的古生產(chǎn)力、沉積速率等。延長組地球化學(xué)氣候環(huán)境指標(biāo)如下（見表2）。

1）古鹽度。

本次對(duì)延長組長6—長10段和紙坊組主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，大部分層段Sr／Ba小于0.4，紙坊組、長8段大于0.6，大部分層段Ca／（Ca+Fe）小于0.4，僅長6比值介于0.4～0.8的之間，指示中晚三疊世湖盆水體為淡水-微咸水環(huán)境。

2）氧化還原性。

從Th／U、V／Cr、V／（V+Ni）、UEF、MoEF指標(biāo)的變化趨勢分析，中晚三疊世盆地氧化還原條件發(fā)生了兩次重要轉(zhuǎn)變，一是紙坊組沉積期與長10期之間的轉(zhuǎn)變，由紙坊組沉積期的富氧環(huán)境向長10期貧氧環(huán)境轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為Th／U 比值的顯著減小，V／Cr比值的明顯增大等;長10—長8期還原性進(jìn)一步逐漸增強(qiáng)。第二次轉(zhuǎn)變發(fā)生在長8與長7期，雖然仍是向還原性增強(qiáng)的方向轉(zhuǎn)變，但大部分參數(shù)在長7段數(shù)值上呈現(xiàn)突變，如UEF、MoEF異常增大，Th／U比值縱向上長7最小，V／Cr、V／（V+Ni）比值在縱向上最大等。長7期之后環(huán)境向還原性減弱的方向發(fā)展。

3）古氣候。

紙坊組Sr／Cu比值平均8.93，到長10段明顯減小到6.70，Rb／Sr值由平均0.40快速增長至0.81，指示氣候由半干旱-干旱向半潮濕轉(zhuǎn)變，長10—長8期氣候進(jìn)一步向濕潤發(fā)展。長8期與長7期之間再次存在明顯的變化，縱向上長7段Sr／Cu比值最小，Rb／Sr比值較大，長7段的C值較上下鄰層也明顯增大，表明氣候在長7期達(dá)到最濕潤的階段。沉積物的粒度最細(xì)，沉積速率慢，黏土與稀土元素接觸時(shí)間延長，致REE總量最高。

5 結(jié)論

1） 長10期為強(qiáng)烈沉降、初始成盆期。長10段沉積期發(fā)生了顯著的沉降作用，沉降中心位于盆地西南環(huán)縣—鎮(zhèn)原—正寧一帶，不對(duì)稱性顯著，快速充填厚度巨大。雖然沉降幅度巨大，但碎屑物質(zhì)的補(bǔ)償-過補(bǔ)償供屑，使得長10期未出現(xiàn)深湖沉積。

2） 長10期為臺(tái)-盆發(fā)展轉(zhuǎn)換關(guān)鍵期。長10的沉降作用，結(jié)束了晚古生代穩(wěn)定的地臺(tái)性質(zhì)沉積，開始了內(nèi)陸盆地演化階段，造山帶構(gòu)造活動(dòng)影響下的臺(tái)-盆轉(zhuǎn)化與盆地演化在碎屑沉積物的成熟度、供屑原巖特征等方面均留下了示蹤。

3） 長10—長8段構(gòu)成了延長組下部沉降-充填旋回。長10段為構(gòu)造控制下構(gòu)造沉降，沉降中心巨厚的粗碎屑快速沉積;長9段、長8段是構(gòu)造平穩(wěn)階段氣候控制為主的、粒度相對(duì)較細(xì)的穩(wěn)定沉積。總體上長10—長8段沉積物具有向上變細(xì)的特點(diǎn)。

4） 長10期為重要的氣候轉(zhuǎn)折期。長10段沉積期結(jié)束了二疊紀(jì)以來長期的干旱炎熱的氣候，經(jīng)歷了半干旱、半潮濕向溫暖濕潤氣候的轉(zhuǎn)變。

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（編 輯 邵 煜）

收稿日期：2024-09-11

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)（2017ZX05001）

第一作者：鄧秀芹，博士，教授級(jí)高工，從事沉積學(xué)、石油地質(zhì)綜合研究，dxq1_cq@petrochina.com.cn。